Введение к работе
Актуальность работы. С целью экономии сырья и топлива для производства металлов необходимо разрабатывать рациональные технологии и конструкции. Это относится к металлоемким изделиям, таким, как, например, прокатные валки. Валки больших размеров дороги и трудоемки в изготовлении. Однако при износе поверхностного рабочего слоя бочки, толщина которого составляет всего 5-7% от первоначального диаметра, а масса - 13-14% от массы валка, валки отправляются в лом. Основными причинами их списания являются: износ поверхности, появление трещин, выкрошек, отслоений и др. дефектов. На некоторых станах до 50% рабочих валков выходит из строя из-за наваров при обрывах полосы. В значительной мере стойкость валков зависит от условий эксплуатации.
Для повышения износостойкости валков и их эксплуатационных свойств возможны различные пути: создание новых более износостойких материалов, обладающих меньшей склонностью к наварам; совершенствование технологии изготовления валков; применение бандажированных валков.
Крупный вклад в решение теоретических и практических задач посвященных исследованию валков внесли П.И. Полухин, В.П. Полухин, В.А. Николаев, А.В. Третьяков, М.В. Гедеон, К.Н. Вдовин, В.М. Колокольцев, Ф.Д. Кащенко, А.Ю. Фиркович, Л.С. Белевский и др.
Изучению и решению некоторых из этих актуальных проблем и посвящена данная работа.
Объект исследования – валки станов холодной прокатки.
Предмет исследования – напряженное состояние валков в экстремальных ситуациях, технологии изготовления валков из износостойких материалов, конструкции бандажированных валков.
Цель работы. Повышение износостойкости и прочности валков станов холодной прокатки путем совершенствования теоретических основ расчета, конструкций составных валков, технологии их изготовления и применения новых материалов.
Задачи исследования, направленные на достижение поставленной цели:
- разработать методику расчета напряженного состояния составных валков при прокатке складки тройной толщины;
- разработать технологию изготовления рабочих валков из заготовок ЭШП без использования процесса ковки;
- провести механические испытания и металлографические исследования материала валков;
- разработать конструкции составных валков с улучшенными эксплуатационными характеристиками, изготовить их модели и натуральные образцы, провести экспериментальные исследования;
- провести промышленные испытания опытных партий валков и внедрить результаты исследований.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Результаты теоретических исследований влияния прокатки полосы со складкой тройной толщины на напряжения в валках клетей кварто стана холодной прокатки.
-
Методика компьютерного моделирования расчета напряжений в бандажированных валках при экстремальных нагрузках.
-
Технология изготовления валков в литом исполнении.
-
Обоснованные режимы эксплуатации составных рабочих валков.
Научная новизна работы.
1. Впервые получены количественные данные нормальных, окружных и касательных напряжений на любом расстоянии от поверхности валка для зон отставания и опережения очага деформации, при экстремальных нагрузках, по методике расчета напряженного состояния валков при прокатке складки тройной толщины методом граничных элементов.
2. Установлена глубина залегания зоны, где возможно пластическое деформирование металла закаленного слоя валка при перегрузках.
3. Обоснована новизна технологии изготовления валков холодной прокатки из слитков ЭШП в литом исполнении, с исключением промежуточной операции ковки как бочки, так шеек валка.
Практическая значимость и реализация работы. Разработанные способы изготовления валков в литокованом и полностью в литом исполнении и технология изготовления валков из слитков ЭШП, внедренные в производство на ООО «Южуралмашзавод» г. Орск, ООО «Уральский завод нестандартного оборудования» г. Орск, могут найти применение на других металлургических и машиностроительных предприятиях. Проведены промышленные испытания валков, изготовленных из слитков ЭШП. Износостойкость всех валков с литой бочкой превышает износостойкость валков с кованой бочкой на 3,5-13,0%. Значительно снизился выход валков по повреждению шеек. Не зафиксировано ни одного случая поломок валков в литом и литокованом исполнениях. Общий ресурс работы литых валков из ЭШП с содержанием хрома в пределах 2,5-3,5% превосходит ресурс кованых валков с содержанием хрома 1,5-2,5% в 1,42-1,64 раза.
Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты диссертации доложены и обсуждены: на научно-технических конференциях Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова (г. Магнитогорск, 2010-2012 г.), на 12-й Международной научно-практической конференции (г. Санкт-Петербург апрель 2010 г.), на V Международной научно-практической конференции (г. Пенза, май 2010 г.), на VIII конгрессе прокатчиков (г. Магнитогорск, октябрь 2010 г.), на расширенном заседании кафедры «Прикладная механика и графика» МГТУ (г. Магнитогорск, 2012 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе монография, справочное пособие, учебное пособие, 8 статей (4 статьи в изданиях, рецензируемых ВАК), получено 2 патента Российской Федерации на полезную модель, патент РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 104 наименований и приложения. Работа содержит 133 страницы, иллюстрируется 48 рисунками и 24 таблицами.
